Инфекционные заболевания вызываются внешними причинами - бактериями, вирусами, паразитами или грибками. Для многих из них характерна сезонность – вспышки происходят в одно и то же время года. Например, в Северном полушарии грипп приходит каждую зиму (некоторые эпидемиологи прямо называют зиму «сезоном гриппа»), а вспышки ветряной оспы чаще случаются весной.
Неинфекционные заболевания вызывают все остальное, от генетических проблем до травм, они не заразны. Такие заболевания могут быть массовыми, но строго не зависят от сезона. Например, ежегодно от сердечно-сосудистых заболеваний умирает 17,9 млн человек, но они не имеют ярко выраженных пиков в тот или иной сезон.
Что влияет на погоду
Инфекционные заболевания можно сравнивать друг с другом по трем параметрам, зависящим от погоды.
Выживаемость возбудителя
Возбудитель холеры, холерный вибрион, способен месяцами выживать в стоячей воде, а частицы вируса гриппа, попав, например, на денежные знаки, остаются заразными всего от одного до трех дней. Хотя по истечении этого срока вирусные частицы с банкнот никуда не исчезают, за это время их капсид (оболочка вируса) приходит в негодность, и вирус не может никого заразить.
Климатические факторы (температура, влажность, количество солнечного света) и неклиматические факторы (рН и соленость воды) могут как продлевать жизнь возбудителей, так и ускорять их гибель. Например, на устойчивость вируса гриппа влияют температура и влажность. В странах с умеренным климатом вирус лучше всего выживает зимой, а к весне сдает свои позиции. В тропическом климате вспышки гриппа не носят сезонного характера.
Выживание Vibrio cholerae в воде зависит как от ее pH, так и от солености. Бактерия лучше всего процветает при щелочном pH 8,5 и солености 15 процентов. Если вода становится более кислой и менее соленой — например, из-за жизнедеятельности каких-то водорослей или сильных дождей — вибрион погибает быстрее, и меньше шансов заразить кого-то.
Контагиозность, т.е. заразность
Оценивая скорость распространения заболевания, эпидемиологи используют показатель R0 — это среднее количество людей, которые могут заразиться от одного заболевшего. Корь, например, очень заразна: один больной заражает от 12 до 18 человек. Грипп в десять раз слабее, его R0 составляет 1,4-1,6.
R0 сильно зависит от поведения людей, которое меняется от сезона к сезону: поэтому некоторые болезни в этом смысле являются «сезонными». Например, осенью и зимой школьники много времени проводят в одной комнате, и число заболевших корью резко возрастает. А летом они уезжают в отпуск, перестают иметь близкие контакты, и вспышки этого заболевания регистрируются реже.
Елена Бурцева, заведующая лабораторией этиологии и эпидемиологии гриппа НИИ вирусологии им. Гамалеи Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии, отметила в беседе с N+1, что рост заболеваемости многих ОРВИ также связано исключительно с социальными факторами: заканчивается каникулярный период, дети возвращаются в школу. Именно поэтому рост заболеваемости ОРВИ из года в год фиксируется с середины сентября по начало октября.
Второй человеческий фактор, который теоретически может влиять на вспышки заболевания, — это особенности иммунной системы человека в зависимости от времени года. Например, с наступлением холодов мы все меньше времени проводим на улице и носим одежду, закрывающую тело. В результате на кожу попадает меньше ультрафиолетового излучения и в организме снижается синтез витамина D, играющего важную роль в защите от бактериальных и вирусных инфекций. Однако есть эмпирические данные о том, что люди, принимающие этот витамин в таблетках, болеют гриппом так же часто, как и те, кто не пьет витамины.
Способ переноса
Некоторые болезни передаются напрямую, а некоторые опосредованно. Грипп и ОРВИ передаются непосредственно от источника, который распространяется от больного человека к здоровому.
Косвенно передаются вирус Западного Нила, который «путешествует» от человека к человеку в желудке комара, и африканская сонная болезнь, которую переносит муха цеце. Последний активно размножается в сезон дождей, а кроме того живет от трех до пяти месяцев против одного-двух в сухой сезон. В это время года мух становится больше и они чаще кусают людей - вот вам и вспышка сонной болезни. То же самое касается и клещевого энцефалита, — говорит Бурцева: клещи просыпаются ранней весной, и именно весной у них фиксируется пик заболеваний. А вторая волна фиксируется осенью — и это связано с жизненным циклом клещей.
Пандемия коронавирусного заболевания (COVID-19) по некоторым своим проявлениям очень похожа на известные нам респираторные заболевания, поэтому многие исследователи используют модели вспышек атипичной пневмонии или гриппа для прогнозирования вспышек COVID-19.
Коронавирусная болезнь пришла к нам зимой. Прежде чем задаваться вопросом, стоит ли теперь ждать его окончания летом и возможного возвращения через полгода, имеет смысл разобраться с факторами, превращающими привычный нам грипп и ОРВИ в сезонные заболевания.
Почему зимой
Факт сезонности простудных заболеваний был очевиден людям еще с древности, но объяснить его не так-то просто. Например, римлянин Лукреций предположил, что «мор и чума» вызываются болезнетворными атомами, появляющимися при перенасыщении земли влагой. А его соотечественник Гален прямо связывал вспышки различных болезней с сезонными особенностями: чрезмерной жарой, сухостью или холодом. Сегодня мы знаем, что Лукреций был ближе к истине: дело не в холоде, а во влажности воздуха.
Это было показано в лабораторном эксперименте на морских свинках. Четыре зараженных гриппом и четыре здоровых свинки содержались в камерах, где изменялась температура и влажность: скорость передачи вируса увеличивалась по мере их снижения. Лучше всего вирус передавался при температуре 5 градусов, чем при 20 градусах и 30 градусах. При пятиградусной жаре частота передачи составляла 100 процентов при относительной влажности 20 и 35 процентов; 75 процентов при относительной влажности 65 процентов, но только 25 процентов при относительной влажности 50 процентов; и 0 процентов при относительной влажности 80 процентов.
Через несколько лет другие авторы проанализировали те же данные и скорректировали выводы. Они решили оценить влияние абсолютной влажности, а не относительной влажности. После пересчета и новых экспериментов первоначальный вывод подтвердился, но с той разницей, что передача вируса больше зависит от влажности, чем от температуры.
Вирус гриппа передавался от свиньи к свинье воздушно-капельным путем: когда больная свинья выдыхает, в воздух попадают капли водяного пара, насыщенные вирусными частицами. После освобождения капли постепенно оседают и испаряются. Чем быстрее они испаряются, тем медленнее оседают и тем дольше вирус висит в воздухе. Скорость испарения капель зависит от влажности – чем больше пара, тем медленнее он испаряется. Капли быстрее оседают в насыщенном влагой воздухе, «увлекая» за собой вирионы.
А так как влажность падает с температурой, то зимнее время, когда холодно и сухо, больше всего способствует распространению вирусов.
В первом исследовании оценивалось влияние на передачу вирусных частиц только при относительной влажности — этот параметр отражает долю водяного пара по отношению к его максимуму при определенной температуре. В то же время при 20 градусах этот максимум выше, чем при 5 градусах.
Есть и второй фактор, чисто человеческий. Когда люди дышат сухим воздухом, слизь высыхает в носу, увлажняя дыхательные пути и физически задерживая все твердые, в том числе вирусные, частицы. Свойства слизи связаны с особыми полимерными макромолекулами - муцинами, которые не только придают слизи вязкость, но и играют важную роль в иммунном ответе. Они образуют особый каркас, позволяющий оптимально организовать в пространстве защитные белки, которые секретируют эпителиальные клетки слизистых оболочек. Например, гликопротеин лактоферрин, способный нейтрализовать многие вирусы, в том числе вирус гриппа.
Сухость в носу приводит сразу к нескольким проблемам. Во-первых, эпителий, лишенный влаги, легче повреждается, благодаря чему вирусным частицам легче проникать внутрь клеток. Во-вторых, нарушается пространственная организация муцина, лактоферрин и родственные ему белки теряют защитные свойства, снижается сопротивляемость организма вирусу.
Помимо влажности, есть еще один немаловажный фактор, делающий вероятность вспышки гриппа или ОРВИ зимой выше, чем летом, — поведение людей. Это подтверждается данными о распространении гриппа в школах. Осенью и зимой, когда учащиеся много времени проводят на уроках, активно общаясь друг с другом, вспышки гриппа и ОРВИ возникают чаще, чем летом, когда учащиеся не посещают занятия и меньше общаются друг с другом.
Чем больше восприимчивых к вирусу людей соберется в одном месте, тем быстрее и эффективнее распространяется болезнь.
Годовой матч
Сезонные эпидемии возникают, когда население с большим количеством людей с ослабленным иммунитетом (например, туристы или новорожденные) сталкивается с сезонным «помощником» болезни — в случае с гриппом это низкая зимняя влажность.
Похоже на это. В начале эпидемии, то есть осенью, большинство людей не имеют иммунитета к вирусному заболеванию, поэтому каждый больной заражает более одного человека (R0 > 1).
Затем начинает расти доля людей, невосприимчивых к вирусу — потому что у переболевших вырабатывается иммунитет (или, например, применяется вакцина). Люди заражаются все реже и через некоторое время эпидемия достигает своего пика (R0 = 1).
С приходом весны, кроме того, воздух увлажняется — так что условия для распространения вирусных частиц перестают быть оптимальными: защитный барьер слизи у большинства людей восстанавливается, число уязвимых людей падает еще больше — и эпидемия угасает (R0 < 1).
COVID-(19+1)?
Большинство вирусов, вызывающих инфекции дыхательных путей у человека, принадлежат к пяти семействам: парамиксовирусы, ортомиксовирусы, пикорновирусы, аденовирусы и коронавирусы. И хотя грипп вызывают ортомиксовирусы, а COVID-19 и некоторые SARS (OC43, HKU1, 229E и NL63) — коронавирусы, все эти заболевания распространяются схожим образом.
Коронавирусное заболевание действительно напоминает грипп и ОРВИ. Симптомы очень похожи, разница только в деталях: инкубационный период длиннее, заболевание протекает дольше, осложнения возникают чаще.
По словам эпидемиолога Василия Власова из Высшей школы экономики, действительно есть основания полагать, что коронавирусная инфекция будет носить сезонный характер.
«Некоторые коронавирусы сезонно повышают заболеваемость (количество новых случаев — прим. N+1) простудными заболеваниями, в составе атипичной популяции», — говорит ученый. «Но сейчас у вас не может быть обоснованного суждения об этом. ее поддержание на низком уровне и рост заболеваемости в следующем сезоне, например, через год, и так не менее двух лет.
Но нет оснований полагать, что таковой не будет.
Но нынешняя пандемия длится меньше года. Из-за этого у нас недостаточно данных, чтобы основывать наши предположения и выявлять закономерности.
Надежда на лето
Тем не менее, рассчитывать на то, что к лету пандемия погаснет сама собой, все же не приходится. Дело в том, что климатические факторы гораздо слабее влияют на распространение инфекционных заболеваний, чем коллективный иммунитет.
Грипп и ОРВИ — наши старые знакомые, поэтому человечество как-то научилось от них защищаться. Есть прививки от гриппа, а у большинства населения есть иммунитет к ОРВИ. Стартовые условия для начала эпидемии неблагоприятны, поэтому эти болезни достигают хоть какого-то успеха только при благоприятных условиях — то есть зимой, когда им подыгрывает сухой воздух.
COVID-19 — это новая болезнь, и никто не застрахован от нее. Это означает, что коронавирусу не нужно ждать благоприятных условий для распространения — его и так ничего особо не беспокоит.
Условно говоря, «коронавирусная весна» еще не наступила, и сколько продлится зима, предсказать проблематично.
«Когда появляются новые возбудители, например, испанский грипп, гонконгский грипп, свиной и мексиканский грипп, они вызывают одну-две волны высокой заболеваемости, — говорит Елена Бурцева. «Чаще всего волны возникают либо поздней весной, либо летом, что не характерно для гриппа. После этих одной-двух волн люди приобретают активный иммунитет за счет частого контакта с возбудителем, тогда у этого вируса есть шанс стать сезонным возбудителем».
Однако с коронавирусами ситуация несколько иная, отмечает ученый. SARS-CoV появился в 2002 году и исчез. А случаи БВРС-КоВ, обнаруженного в 2013 году, до сих пор продолжают фиксироваться.
«Это связано с тем, что вирус может иметь промежуточных хозяев и циркулировать в природе», — говорит Бурцева. «Я не буду прогнозировать, может ли COVID-19 стать сезонным. Есть семь коронавирусов, которые заражают людей, и четыре из них являются сезонными». «Каждый год мы сообщаем о 5-7 процентах случаев, связанных с ними. Эти случаи, как правило, легкие, без осложнений. С другой стороны, по примеру двух своих предшественников, COVID-19 никуда не денется».
Также сложно делать прогнозы, потому что мы не знаем, как абсолютная влажность воздуха повлияет на распространение COVID-19. Однако предварительные данные не в нашу пользу: судя по всему, в странах с теплым и влажным климатом (например, в Сингапуре) вирус распространялся не хуже, чем в странах с сухим и холодным климатом (как в некоторых районах Китая). .
Поэтому основную роль в распространении коронавирусной инфекции, судя по всему, будет играть не климат, а поведение людей.
Как пишет гарвардский эпидемиолог Марк Липсич, единственный «эффект лета», на который сейчас можно серьезно надеяться, — это то, что последние выводы китайских ученых верны, и что дети действительно участвуют в распространении болезни наравне со взрослыми. Поэтому уход школ на каникулы скажется. Потому что в случае новых заболеваний единственный способ разорвать цепочку передачи в уязвимом населении — ограничить контакты между больными и теми, кто лишен иммунитета.
С этой точки зрения верными кажутся рекомендации ВОЗ: для сдерживания распространения вируса людям с симптомами простуды рекомендуется самоизоляция, а здоровым — социальное дистанцирование.